[论文解读] Massive unseen companions to hot faint underluminous stars from SDSS (MUCHFUSS) - Analysis of seven close subdwarf B binaries

S. Geier, P. F. L. Maxted+13 more|arXiv (Cornell University)|Nov 22, 2010

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用 24

一句话总结

本研究对来自MUCHFUSS巡天的七个近距离亚巨星B型星（sdB）双星系统进行了首次光谱分析，通过径向速度变化和轨道解算识别出质量较大的不可见伴星——很可能是白矮星。目标选择方法成功筛选出伴星最小质量超过0.45 M☉的系统，证实其在寻找具有大质量致密伴星的双星系统方面具有高效性。

ABSTRACT

The project Massive Unseen Companions to Hot Faint Underluminous Stars from SDSS (MUCHFUSS) aims at finding hot subdwarf stars with massive compact companions like massive white dwarfs (M > 1.0 Msun), neutron stars or stellar mass black holes. The existence of such systems is predicted by binary evolution theory and recent discoveries indicate that they exist in our Galaxy. First results are presented for seven close binary sdBs with short orbital periods ranging from 0.21 d to 1.5 d. The atmospheric parameters of all objects are compatible with core helium-burning stars. The companions are most likely white dwarfs. In one case the companion could be shown to be a white dwarf by the absence of light-curve variations. However, in most cases late type main sequence stars cannot be firmly excluded. Comparing our small sample with the known population of close sdB binaries we show that our target selection method aiming at massive companions is efficient. The minimum companion masses of all binaries in our sample are high compared to the reference sample of known sdB binaries.

研究动机与目标

• 识别具有大质量致密伴星（如白矮星、中子星或黑洞）的热亚巨星B型星。
• 检验基于SDSS数据的目标选择方法在筛选出具有大质量伴星的双星系统方面的效率。
• 利用多站点光谱后续观测，确定一组近距离sdB双星的轨道参数和最小伴星质量。
• 通过径向速度曲线和光度约束评估不可见伴星的性质。
• 为理解导致Ia型超新星前身体的双星演化路径做出贡献。

提出的方法

• 利用多个天文台（如拉西拉、帕拉纳尔、卡拉斯托、威廉·赫歇尔望远镜、SOAR、Gemini、SAAO）的2–4 m级望远镜获取的光谱数据。
• 应用时域光谱学测量单线sdB双星中的径向速度（RV）变化。
• 通过径向速度曲线求解双星轨道，推导双星质量函数和最小伴星质量。
• 结合大气参数分析（Teff, log g）确认sdB恒星为处于极端水平分支上的核心氦燃烧恒星。
• 利用光度数据排除选定系统中晚型主序星伴星的可能性，特别是通过光曲线调制的缺失。
• 将样本的轨道和质量函数特性与已知sdB双星的总体群体进行比较，以评估选择效率。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过SDSS选中的目标的光谱后续观测，在近距离亚巨星B型星双星中识别出质量大于0.45 M☉的大质量不可见伴星？
• RQ2 与已知sdB双星总体群体相比，MUCHFUSS目标选择方法在筛选出具有高最小质量伴星的双星系统方面是否有效？
• RQ3 这些系统中不可见伴星的性质是什么——白矮星、主序星，或其他致密天体？
• RQ4 MUCHFUSS样本的轨道参数和质量函数与已知sdB双星相比有何异同？
• RQ5 光度监测能否帮助区分无明显光曲线调制的系统中白矮星与晚型主序星伴星？

主要发现

• 成功分析了七个轨道周期在0.21 d至1.5 d之间的近距离sdB双星系统，所有系统均表现出与双星运动一致的径向速度变化。
• sdB恒星的大气参数与处于极端水平分支上的核心氦燃烧恒星一致，质量接近0.5 M☉。
• 所有系统的最小伴星质量均超过0.45 M☉，其中若干系统接近或超过1.0 M☉，表明存在大质量致密伴星。
• 在一个系统中，光曲线调制的缺失支持伴星为白矮星的判断，排除了晚型主序星的可能性。
• 该样本的最小伴星质量显著高于已知sdB双星总体群体的水平，证实了MUCHFUSS选择方法的高效性。
• 光度后续观测有望解决大多数系统中伴星的性质，特别是区分白矮星与低质量主序星。